AES-GCM密码电路的攻击与防御措施研究

发布时间：2021-07-07 17:11

　　随着网络接入技术的飞速发展,高速接入网络中的信息安全已经成为人们关注的热点问题。AES-GCM加密算法可以解决高速接入网中潜在的窃听以及假冒威胁,已被广泛应用于现行的高速接入网络中保护敏感数据。旁路攻击是一种新型密码分析技术,通过分析密码电路泄漏的旁路信息破解密钥。以功耗攻击为代表的旁路攻击技术发展迅速,已经对密码电路构成了巨大威胁。AES-GCM密码电路中数据加密部分存在可被功耗攻击的漏洞,为了提升电路的安全性,需要对AES-GCM密码电路的功耗攻击及防御措施进行研究。论文的主要工作是研究AES-GCM密码电路的高阶差分功耗攻击HO-DPA和碰撞攻击CA以及它们的防御措施。根据AES-GCM加密算法特点,设计了一种高速AES-GCM电路结构,提出了基于延时分析的AES电路流水线划分方法,结合Karatsuba算法和快速求余算法改进了有限域乘法器的结构设计,实现了6级流水结构的比特并行乘法器。为了简化HO-DPA攻击过程,基于HO-DPA原理以及Synopsys IC设计工具和SIMC 0.18μm工艺库,设计了HO-DPA仿真平台并成功攻击了一阶全掩码AES加密电路,该平台是验证相关... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
缩略词
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
        1.1.1 AES-GCM概述
        1.1.2 旁路攻击简介
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 高速AES加密电路研究现状
        1.2.2 高速GHASH电路研究现状
        1.2.3 高阶差分功耗攻击研究现状
        1.2.4 碰撞攻击研究现状
        1.2.5 功耗攻击防御措施的研究现状
    1.3 本文主要研究内容
    1.4 论文结构安排
第二章 高速AES-GCM密码电路总体结构设计
    2.1 AES-GCM算法加密过程
    2.2 典型AES-GCM电路结构分析
        2.2.1 并行式AES-GCM电路结构问题分析
        2.2.2 串行式AES-GCM电路结构问题分析
    2.3 高速AES-GCM电路结构设计
    2.4 本章小结
第三章 高速AES-GCM密码电路关键技术研究与实现
    3.1 高速AES加密电路设计
        3.1.1 AES加密运算原理
        3.1.2 复合域S盒的设计与优化
        3.1.3 流水线结构AES电路设计
        3.1.4 仿真综合与性能分析
    3.2 高速有限域乘法器设计
        3.2.1 比特并行乘法器的设计方法
        3.2.2 流水线Karatsuba乘法器的设计
        3.2.3 仿真综合与性能分析
    3.3 本章小结
第四章 高阶差分功耗攻击及防御措施的研究与实现
    4.1 高阶差分功耗攻击基本原理
    4.2 高阶差分功耗攻击仿真平台的设计
        4.2.1 掩码AES加密电路设计
        4.2.2 HO-DPA攻击模块的设计
    4.3 抗HO-DPA的掩码策略研究
    4.4 仿真实验与分析
        4.4.1 HO-DPA攻击仿真实验与分析
        4.4.2 HO-DPA防御措施仿真验证
    4.5 本章小结
第五章 碰撞攻击及防御措施的研究与实现
    5.1 碰撞攻击基本原理
        5.1.1 碰撞位置的选择
        5.1.2 碰撞的检测方法
    5.2 针对掩码AES-GCM密码电路的碰撞攻击
        5.2.1 碰撞区分器
        5.2.2 检测碰撞
        5.2.3 容错碰撞链的设计
        5.2.4 碰撞攻击仿真实验验证
    5.3 基于随机延时的并行S盒的防御措施
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]Efficient collision attacks on smart card implementations of masked AES[J]. WANG An,WANG ZongYue,ZHENG XueXin,WANG XiaoMei,CHEN Man,ZHANG GuoShuang,WU LiJi.  Science China（Information Sciences）. 2015(05)
[2]针对掩码AES的选择明文和二阶DPA组合攻击[J]. 王飞宇,陈波涛,刘剑峰,苑志刚,郑晓光.  密码学报. 2014(06)
[3]基于FPGA实现AES的侧信道碰撞攻击[J]. 郭建飞,王忠,严迎建,郭朋飞.  电子技术应用. 2014(10)
[4]针对密码算法的高阶DPA攻击方法研究[J]. 赵东艳,何军.  电子技术应用. 2013(10)
[5]IEEE802.1AE中GCM的高速硬件实现[J]. 赵晶晶,李丽,潘红兵,许俊,吴志刚,林军.  电子与信息学报. 2010(06)
[6]基于WDDL和行波流水技术的抗功耗攻击高性能分组密码协处理器设计与实现[J]. 童元满,王志英,戴葵,陆洪毅,石伟.  计算机学报. 2008(05)
[7]识别密码算法具体实现中潜在功耗攻击的理论分析方法[J]. 童元满,王志英,戴葵,陆洪毅.  计算机辅助设计与图形学学报. 2008(03)
[8]用于密码芯片抗功耗攻击的功耗平衡加法器[J]. 李翔宇,孙义和.  半导体学报. 2005(08)

博士论文
[1]密码芯片系统集成关键技术研究[D]. 王安.山东大学 2011

硕士论文
[1]抗功耗攻击的AES密码算法硬件设计[D]. 苑志刚.西安电子科技大学 2014



本文编号：3270030